import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;

/**
 * @author: 子龙
 */

public class Sort {
    /**
     * 插入排序

     *      * 时间复杂度：O(N^2)
     *      *     最坏情况下：逆序的  5 4 3 2 1
     *      *     最好情况下：本身就是有序的  1 2 3 4 5 O(n)
     *      *              如果数据越有序，直接插入排序越快
     *      * 空间复杂度：O(1)
     *      * 稳定性：稳定的排序
     *      *     本身如果是一个稳定的排序，那么可以实现为不稳定的
     *      *     但是 如果一个排序 本身就是不稳定，能实现为稳定的排序吗？
     *
     *
     * @param arr
     */
    public static void insetSort(int [] arr) {

        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int temp = arr[i];
            int j = i-1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (arr[j] > temp) {
                    arr[j+1] = arr[j];
                }else {
                    arr[j+1] = temp;
                    break;
                }
            }
            arr[j+1] = temp;
        }
    }



    /**
     * shell排序
     * 不稳定的
     * 时间复杂度：n^1.3  - n^1.5
     * 空间复杂度：O(1)
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            //gap /= 2;//
            gap = gap/3+1;//
            shell(array,gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] array, int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i-gap;
            for (; j >= 0 ; j -= gap) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+gap] = array[j];
                }else {
                    array[j+gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j+gap] = tmp;
        }
    }



    /**
     * 选择排序
     * 不稳定的
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array,i,minIndex);
        }
    }

    private static void swap(int [] array, int i, int j) {
        int temp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = temp;
    }



    /**
     *选择排序双指针
     * @param array
     */
    public static void selectSort2(int[] array) {
        int left =0;
        int right = array.length-1;
        while (left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex=left;
            for (int i = left+1; i <= right; i++) {
                if (array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array,left,minIndex);
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array,right,maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }



    /**
     * 堆排序 升序用大根堆，降序用小根堆
     *      * 时间复杂度：O(n*logN)
     *      * 空间复杂度：O(1)
     *      * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        createHeap(array);
        int end=array.length-1;
        while (end>0) {
            swap(array,0,end);
            siftDown(array,0,end);
            end--;
        }
    }

    private static void createHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length-1-1)/2; parent >= 0; parent--) {
            siftDown(array,parent,array.length);
        }
    }

    private static void siftDown(int[] array, int parent, int length) {
        int child=parent*2+1;
        while (child < length) {
            if(child+1<length && array[child]<array[child+1]) {
                child++;
            }
            if(array[child]<array[parent]) {
                break;
            }
            swap(array,child,parent);
            parent=child;
            child=parent*2+1;
        }
    }



    /**
     * 冒泡排序
     *      * 时间复杂度：【讨论 没有优化的情况下，也就是 没有下方的boolean元素和-i操作】
     *      *           O(N^2)
     *      *           优化以后 可能会达到O(N)
     *      * 空间复杂度：O(1)
     *      * 稳定性：稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            boolean flag = false;
            for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
                if (array[j] > array[j+1]) {
                    swap(array,j,j+1);
                    flag = true;
                }
            }
            if (!flag) {
                break;
            }
        }
    }



    /**
     * 快速排序
     *      * 时间复杂度：
     *      *       最坏情况：当数据给定的是1 2 3 4 5 6 7.....有序的情况下 确实是O(n^2)
     *      *                          9 8 7 6 5 4
     *      *       最好情况：O(N*logN)
     *      * 空间复杂度：
     *      *      最坏情况：O(N)
     *      *      最好情况：O(logN)
     *      * 稳定性：
     *      *      不稳定性
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array,0,array.length-1);
        //quick(array,0,array.length-1);
    }

    /**
     * 递归快排
     * @param array
     * @param start
     * @param end
     */
    private static void quick(int[] array, int start, int end) {
        if(start>=end){
            return;
        }
        //优化
        if(end-start+1<7){
            quickInsetSort(array,start,end);
            return;
        }
        int pivot=partition(array,start,end);
        quick(array,start,pivot-1);
        quick(array,pivot+1,end);
    }

    /**
     * 非递归快排
     * @param array
     * @param start
     * @param end
     */
    public static void quickNor(int[] array, int start, int end){

        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();

        int pivot = partition(array,start,end);
        if(pivot>start+1){
            stack.push(start);
            stack.push(pivot-1);
        }

        if(pivot<end-1){
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(end);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            end=stack.pop();
            start=stack.pop();

            pivot= partition(array,start,end);
            if(pivot>start+1){
                stack.push(start);
                stack.push(pivot-1);
            }

            if(pivot<end-1){
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(end);
            }

        }
    }


    /**
     * 快排优化，当start和end小于7时，使用插入排序~！
     * @param arr
     * @param start
     * @param end
     */
    private static void quickInsetSort(int[] arr, int start, int end) {
        for (int i = start+1; i < end; i++) {
            int temp = arr[i];
            int j = i-1;
            for (; j >= start; j--) {
                if (arr[j] > temp) {
                    arr[j+1] = arr[j];
                }else {
                    arr[j+1] = temp;
                    break;
                }
            }
            arr[j+1] = temp;
        }
    }

    /**
     * 挖洞快排
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];  // 以左侧第一个元素为基准

        while (left < right) {
            // 从右向左找第一个小于基准的元素
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            // 从左向右找第一个大于基准的元素
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            array[right] = array[left];

        }
        // 将基准放到最终位置（left与right相遇处）
        array[left] = tmp;
        return left;  // 返回基准位置
    }


    /**
     * 霍尔快排
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private static int partitionHoare(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];  // 以左侧第一个元素为基准
        int pivotIndex = left;  // 记录基准初始位置

        while (left < right) {
            // 从右向左找第一个小于基准的元素
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            // 从左向右找第一个大于基准的元素
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            // 交换找到的两个元素
            if (left < right) {
                swap(array, left, right);
            }
        }
        // 将基准放到最终位置（left与right相遇处）
        swap(array, pivotIndex, left);
        return left;  // 返回基准位置
    }

    /**
     * 双指针快排
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private static int partition2(int[] array, int left, int right) {
        int prev = left ;
        int cur = left+1;
        while (cur <= right) {
            if(array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]) {
                swap(array,cur,prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array,prev,left);
        return prev;
    }


    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(N)
     * 稳定
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortTmp(array,0,array.length-1);
    }


    public static void mergeSortTmp(int[] array,int left,int right) {
        if(right<=left){
            return ;
        }

        int mid = (right+left)/2;
        mergeSortTmp(array,left,mid);
        mergeSortTmp(array,mid+1,right);

        //全部分解完毕，开始合并
        mergeArr(array,left,mid,right);
    }

    //排序两个有序数组
    private static void mergeArr(int[] array, int left, int mid, int right) {
        int[] tmp = new int[right - left + 1];
        int k=0;
        int s1=left;
        //int e1=mid;
        int s2=mid+1;
        //int e2=right;

        while(s1<=mid && s2<=right) {
            if(array[s1]<=array[s2]) {
                tmp[k++]=array[s1++];
            }else {
                tmp[k++]=array[s2++];
            }
        }

        while(s1<=mid) {
            tmp[k++]=array[s1++];
        }

        while(s2<=right) {
            tmp[k++]=array[s2++];
        }


        for (int i = 0; i <k ; i++) {
            array[left+i]=tmp[i];
        }
    }

    /**
     * 非递归归并排序
     * @param array
     */
    public static void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap=1;
        while(gap<array.length){
            for (int i = 0; i < array.length; i=i+gap*2) {
                int left = i;
                int mid = left+gap-1;
                if(mid>=array.length){
                    mid=array.length-1;
                }
                int right=mid+gap;
                if(right>=array.length){
                    right=array.length-1;
                }

                mergeArr(array,left,mid,right);
            }

            gap*=2;
        }
    }


    /**
     * 计数数组排序
     * 时间复杂度：O(范围+n)
     *           范围越大越慢
     * 空间复杂度：
     * @param array
     */
    public static void countSort(int [] array){
        //找最大最小值，来确定计数数组的大小
        int maxVal=array[0];
        int minVal=array[0];

        for(int i=1;i<array.length;i++){
            if(array[i]<minVal){
                minVal=array[i];
            }
            if(array[i]>maxVal){
                maxVal=array[i];
            }
        }
        int len=maxVal-minVal+1;
        int [] count=new int[len];

        //遍历原来的数组array ，把每个元素放在对应的技术数组中，开始计数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int index=array[i];
            count[index-minVal]++;
        }

        //遍历计数数组
        int index=0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while(count[i]!=0){
                array[index]=i+minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }


}